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水化作用和润湿性对页岩地层裂纹扩展的影响

原文链接：万方

• 作者：

  梁利喜,熊健,刘向君

• 摘要：

  页岩地层裂纹扩展对页岩气井井壁稳定有重要影响,而钻井液与页岩间相互作用(毛细管效应和水化作用)将对页岩地层裂纹扩展产生影响。选择四川盆地龙马溪组露头及井下岩心开展室内实验研究页岩润湿性和水化作用,基于断裂力学理论,考虑水化作用和润湿性(毛细管效应),建立页岩裂纹裂缝扩展模型,分析了水化作用和润湿性对页岩裂纹扩展的影响。研究结果表明,龙马溪组页岩表面既亲油又亲水,且页岩表面更倾向于油湿;页岩浸泡在水中,水化应力随着时间增加而先上升后趋于稳定,而先浸泡在白油中、后浸泡在水中或浸泡在10%KCl溶液中测试膨胀应力,水化应力上升速度减慢;页岩浸泡在水中,岩样表面形成的裂缝主要平行于层理面,随着时间增加,岩样保持完整或剥落成碎块,而页岩浸泡在10%KCl中,岩样表面形成裂缝数量少且破裂程度轻;水化作用和润湿性对应力强度因子增量影响较大及对页岩裂纹扩展有重要影响,钻井液体系应减小钻井液滤失量及钻井液界面张力、增加黏土矿物水化抑制剂和增大钻井液与页岩表面接触角,减小自吸作用,抑制水化作用。油基钻井液与页岩表面接触角小,但其界面张力小,造成毛细管力小,因此页岩地层钻井中,采用油基钻井液能在一定程度上抑制裂纹扩展,使井壁不易失稳。

• 关键词：

  龙马溪组页岩 润湿性 水化作用 毛细管效应 应力强度因子 裂纹扩展

• 作者单位：

  西南石油大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都,610500

• 基金项目：

  国家自然科学基金联合基金重点项目“页岩气低成本高效钻完井技术基础研究”(U1262209)%国家自然科学基金面上项目“硬脆性泥页岩地层井周裂缝形态调控岩石力学基础研究”(51274172)联合资助。

• 来源期刊：

  石油实验地质

• 年，卷(期)：

  2014006